Le développement de la source d'ions négatifs pour l’injecteur de particules d’ITER constitue une des étapes essentielles pour générer des neutres de haute énergie . Pour remplir les caractéristiques requises pour ITER en termes de chauffage et de courant à l'intérieur du réacteur principal, la source d'ions négatifs doit délivrer 40A de D-. La création d'une telle source représente un défi tant technique que scientifique et demande une meilleure compréhension des phénomènes physiques impliquées . Les connaissances actuelles sur le méchanisme d'extraction d'ion négatifs d’un plasma électronégatif sont limitées, spécialement concernant la compréhension des caractéristiques d'une gaine de plasma magnétisé dans la région d’intérêt où on constante également l’extraction des électrons simultanément avec les ions négatifs qui. De plus, l'asymétrie due à la configuration croisée du champ magnétique pour piéger les électrons nécessite une étude du problème en trois dimensions. Un code 3D Particle-In-Cell électrostatique a été spécialement développé pour étudier ce problème. Le code utilise les coordonnées cartésiennes et peut prendre en compte des géométries complexes. Le code nommé ONIX étudie les propriétés du plasma et le transport des électrons et des ions négatifs au niveau de la zone d'extraction. Les résultats sur la formation d'un ménisque de plasma et l'écrantage du champ d'extraction par ce plasma, ainsi que les trajectoires des ions négatifs, sont présentés. L'efficacité de l'extraction d'ions négatifs du volume et de la surface est investiguée et on trouve que les processus de création en surface des ions négatifs jouent un rôle capital. / The development of the negative ion source constitutes a crucial step in the construction of the neutral beam injector of ITER. To fulfil the ITER requirements in terms of heating and current drive, the negative ion source should deliver 40 A of D-. The achievement of such a source is challenging from technical and scientific points, and it requires a deeper understanding of the underlying physics. The present knowledge of the ion extraction mechanism from the negative ion source is limited due to the complexity of the problem that involves the comprehension of the behaviour of magnetized plasma sheaths when negative ions and electrons are pulled out from the plasma. Moreover, due to the asymmetry induced by the crossed magnetic configuration used to filter the electrons, any realistic study of this problem must consider the three spatial dimensions. To address this problem in a realistic way, a 3D Particles-in-Cell electrostatic code specifically designed for this system was developed. The code uses Cartesian coordinate system and it can deal with complex boundary geometry as it is the case of the extraction apertures. The complex magnetic field that is applied to deflect electrons is also taken into account. This code, called ONIX, was used to investigate the plasma properties and the transport of negative ions and electrons close to a source extraction aperture. Results on the formation of the plasma meniscus and the screening of the extraction field by the plasma are presented here, as well as negative ions trajectories. Negative ion extraction efficiency from volume and surfaces was investigated showing the capital importance of the surface negative ion production.

Alors que les applications spatiales prennent une place de plus en plus cruciale dans nos vies, les coûts d'opération des satellites doivent être réduits. Ceci peut être obtenu par l'utilisation de systèmes de propulsion électriques, plus efficients que leurs homologues chimiques traditionnellement utilisés. Une des technologies de propulsion électrique la plus performante et la plus utilisée est le propulseur à effet Hall, toutefois ce système reste complexe et peu compris. En effet de nombreuses questions, concernant le transport anormal des électrons ou les interactions plasma/paroi, sont encore ouvertes.Les réponses à ces questions sont basées sur des mécanismes cinétiques et donc ne peuvent être résolues par des modèles fluides. De plus les caractéristiques géométriques et temporelles de ces mécanismes les rendent difficilement observables expérimentalement. Par conséquent nous avons, pour répondre à ces questions, développé un code cinétique bi-dimensionnel.Grâce à un modèle simplifié de propulseur à effet Hall, nous avons observé l'importance de l'instabilité de dérive électronique pour le transport anormal. Ensuite en utilisant un modèle réaliste de propulseur, nous avons pu étudier les effets des interactions plasma/paroi sur la décharge plasma. Nous avons également pu quantifier les effets intriqués des émissions électroniques secondaires et de l'instabilité de dérive sur le transport anormal. Par une étude paramétrique sur les émissions électroniques secondaires, nous avons pu identifier trois régimes de décharge plasma. Finalement l'impact des ergols alternatifs a pu être étudié en utilisant des processus collisionnels réalistes. / As space applications are increasingly crucial in our daily life, satellite operating costs need to be decreased. This can be achieved through the use of cost efficient electric propulsion systems. One of the most successful and competitive electric propulsion system is the Hall effect thruster, but this system is characterized by its complexity and remains poorly understood. Indeed some key questions, concerning electron anomalous transport or plasma/wall interactions, are still to be answered.Answers to both questions are based on kinetic mechanisms, and thus cannot be solved with fluid models. Furthermore the temporal and geometrical scales of these mechanisms make them difficult to be experimentally measured. Consequently we chose, in order to answer those questions, to develop a bi-dimensional fully kinetic simulation tool.Using a simplified simulation of the Hall effect thruster, we observed the importance of the azimuthal electron drift instability for anomalous cross-field electron transport. Then, using a realistic model of a Hall effect thruster, we were able to study the effects of plasma/wall interactions on the plasma discharge characteristics, as well as to quantify the coupled effects of secondary electron emission and electron drift instability on the anomalous transport. Through parametric study of secondary electron emission, three plasma discharge regimes were identified. Finally the impact of alternative propellants was studied.